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1 Riassunto delle presentazioni del Training the Trainers nell ambito del progetto BiomethaneRegions Parte 1 Treforest, South Wales in Maggio2011 Parte 2 Copenhagen, Denmark in Novembre 2011 Seguono brevi abstract da presentazioni disponibili su: e

2 Fondamenti di biochimica Richard Dinsdale Università di Glamorgan

3 Overall Aim of the Anaerobic Digestion Process La digestione anaerobica è la conversione di materiali organici in assenza di ossigeno in metano ed anidride carbonica attraverso fermentazione microbica. C X H Y O Z CO 2 +CH 4 + biomassa - batteri anaerobici

4 Come si ottiene il Metano? Abbiamo bisogno di batteri Metanogeni! Con Idrogeno (Lithotrophic methanogens) 4H 2 + CO 2 E/O CH H 2 O Acetato (acetoclastic methanogens) CH 2 COOH + H 2 O CH 4 + CO 2 Ma hanno un limitato numero di substrati Può anche includere monossido di carbonio, formiato, metanolo

5 Idrolisi Gli stadi della digestione anaerobica Catene lunghe di polimeri scomposte in molecole più piccole Acidogenesi Produzione di idrogeno e acidi grassi volatili Acetogenesi alcool, >C2 Acidi grassi volatili trasformati in acetato ed idrogeno Metanogenesi Idrogeno ed acetato trasformati in metano

6 Altri processi anaerobici Oltre al metano ed al CO 2 vengono prodotti altri gas. Questi includono idrogeno solforato (H2S) e ammoniaca (NH3) L idrogeno solforato viene prodotto da un gruppo di batteri concorrenti ai batteri metanogeni chiamati riduttori di solfato

7 Gli step nella Digestione Anaerobica Idrolisi Acidogenesi Acetogenesi Metanogenesi Da Guwy, (1996). Modificato da Mosey, (1983)

8 Monitoring and Control Regimes Sandra Esteves University of Glamorgan

9 Conclusioni Il Monitoraggio ed il controllo delle materie prime e delle performance del reattore porteranno ad una alta efficenza di trattamento e recupero e ad una alta qualità dei prodotti, con maggiori rese economiche dell impianto.

10 Come si può controllare ed ottimizzare l impianto? Controllo basato sulle caratteristiche delle materie prime e sulle performance del reattore Mantenere le impostazioni della temperatura Cambiare il tasso di carico/tempo di ritenzione Smettere I utilizzazione di alcuni tipi di materie prime o cercare materie prime alternative per una ricetta perfetta Aggiungere acqua/ricircolare il digestato liquido Adattare l alcalinità ed il ph Dosare i macro e micro nutrienti e.g. ferro, cobalto, nickel, molibdeno, selenio, calcio, magnesioe vitamina B Effettuare trattamenti pre o post digestione

11 Componentidiun impiantobiogas Karl Puchas Local Energy Agency

12 Substrato Condizionam ento del Substrato Tecnologia di digestione Sistema di trattamento del gas Uso Gas Stoccaggio ed uso del digestato consegna frantumazione Digestione umida Desolforazione calore stoccaggio stoccaggio cernita pastorizzazione sterilizzazione Digestione secca mesofilia termofilia essiccazione Cattura CO 2 Stoccaggio gas CHP (elettricità e calore) Immissione nella rete gas Fuel cell Autotrazione Ulteriori applicazioni e/o smaltimento

13 Differente contenuto di materia secca Digestione umida < 25% DM Digestori (flow through) Pompaggio automatico Fermentazione a secco 25% DM Senza pompaggio stoccaggio batch-type (semi automatico)

14 Materie prime Deiezioni liquide liquido senza costi di pompaggio odore Basso output energetico solido senza costi di pompaggio Alto output energetico Colture energetiche Rifiuti liquido o solido Benerfici economici unità di pretrattamento odore Unità di sanificazione?

15 Tipico impianto agricolo di digestione anaerobica

16 Tipico impianto industriale di digestione anaerobica

17 Tipico impianto di digestione anaerobica per rifiuti (con compostaggio)

18 Upgrading del Biogas Michael Harasek Technical University of Vienna

19 Upgrading del Biogas Un problema di separazione Biogas Bio-Metano(CH 4 ) Anidridecarbonica(CO 2 ) Vaporeacqueo(H 2 O) Idrogenosolforato(H 2 S) Ammoniaca(NH 3 ) Altri contaminanti(particelle, gocce, Silossani,Idrocarburi, mercaptani)

20 Upgrading del Biogas Precondizionamento/pretrattamento Rimozione di particelle, gocce, silossani, altri componenti in traccia Desolforazione del biogas Compressione Upgrading del biogas Rimozione di CO2 e H2O Condizionamento finale Controllo del punto di rugiada, regolazione del potere calorifico, trattamento del gas di scarico

21 Precondizionamento/ Pretrattamento Particolato, gocce: usare filtro e anticondensa Silossani: usare adsorbimento del carbonio (necessario controllo del punto di rugiada posizionare un refrigeratore + riscaldatore davanti alla torre di assorbimento del carbonio) Idrocarburi alogenati, altri idrocarburi, acidi grassi, terpeni : usare adsorbimento del carbonio (necessario controllo del punto di rugiada dell acqua posizionare un refrigeratore + riscaldatore davanti alla torre di assorbimento del carbonio)

22 Desolforazione Rimozione H 2 S Diverse tecnologie disponibili: Desolforazione in-situ Iniezione di aria Desolforazione biologica esterna Ossidazione chimica Rimozione per adsorbimento (ossido di ferro, ossido di zinco) Ossidazione catalitica e adsorbimento di carbonio Combinato con upgrading: assorbimento acqua/ammine Chiedere, se c'è una desolforazione attualmente utilizzata o implementata Controllare la concentrazione di H2S e le relative fluttuazioni di materie prime

23 Tecnologie di desolforazione Compatibili: Desolforazione biologica esterna combinata con iniezione di ossigeno puro Desolforazione In-situ utilizzando Sali di ferro Scrubchimicoesternocon ossidazioneutilizzando NaOH/H 2 O 2, raccomandatoper le concentrazionifluttuantidi H 2 S nelbiogas Tecnologie di desolforazione con adsorbimento con con basso eccessi di O 2 Not adatte/ incompatibili: Iniezione di ariaair Desolforazione biologica esterna con iniezione di aria

24 Compressione Vari tipi di compressori disponibili Compressori a pistoni Compressori a vite Pompe ad anello liquido Aeratori Controllo sui limiti di carico / variazione della capacità Verifica requisiti di pressione di consegna Considerare la corretta portata di conversione alle condizioni di funzionamento (temperatura, pressione), aggiungere ricircolo se necessario Non dimenticare di tenere conto del contenuto d'acqua / umidità Progettare per le peggiori condizioni e controllare il coefficiente di riduzione del compressore Controllare la resistenza alla corrosione, gli intervalli di manutenzione e la durata Preferire sistemi oil-free (solo lubrificazione scatola ingranaggi) Controllare i requisiti di raffreddamento - preferire i sistemi di raffreddamento ad acqua

25 Tecnologie disponibili Upgrading del Biogas Processo PSA (pressure swing adsorption) Scrub ad acqua Adsorbimento fisico con selexol Adsorbimento con ammine Separazione a membrana Separazione crio Sistemi ibridi Basare le propriedecisioniprincipalmentesullamiglioretecnologianon suicostidi investimento ricordare che: a buon mercato può significare costoso!! Scegliere la migliore tecnologia in base a: Capacità di upgrading Coefficiente di riduzione Performance di arresto/ avvio Qualità del prodotto necessaria Sostanze chimiche e consumo energetico

26 Condizionamento finale / trattamento del gas di scarico Le necessità di trattamenti finali dipende dalla tecnologia di upgrading e dai requisiti della rete gas e dall utilizzo del carburante: Tutte le tecnologie di upgrading basate sull assorbimento (scrub ad acqua, assorbimento selexol, assorbimento con ammina) necessitano di essiccazione del gas con scrub glicolico o adsorbimento tramite setaccio molecolare IL porcesso PSA potrebbe necessitare di un serbatoio di miscelazione tampone per livellare le fluttuazioni nella concentrazione del prodotto correzione del valore di riscaldamento : dosaggio propano per regolare il valore di riscaldamento - considerare necessità di qualità del gas e misurazione del flusso di gas prodotto per il controllo del dosaggio Regolazione della pressione di consegna: la riduzione o l aumento della pressione dipende dalle condizioni di alimentazione Dosaggio dell odore: esempio THT (tetrahydrothiophene) o apparecchiature simili di dosaggio e controllo Misura della qualità del gas: le normative potrebbero richiedere la continua misurazione della qualità (es. processo di gas-cromatografia - considerare le esigenze di calibrazione!)

27 Lezioni apprese Varie tecnologie di upgrading disponibili - scegliere in base alle necessità del processo! Definire l upgrading e conoscere la composizione del biogas velocemente! L upgrading del Biogas è costoso quindi è necessaria una progettazione che consenta di ottenere i migliori risultati economici Sistemi completamente automatizzati disponibili, ma il pre-trattamento personalizzato può comportare il successo o il fallimento delle operazioni!

28 Pre-trattamento delle materie prime Gregg Williams and Des Devlin University of Glamorgan

29 Conclusioni un ampia varietà di materiali può essere utilizzata come materie prime. Considerare disponibilità, costo, gestione e stoccaggio, composizione e biodegradabilità. Analisi immediate e analisi chimiche sono utili per garantire l efficienza operativa dell impianto. Equazione Buswell resa energetica teorica. Test sulla digestione per confermare la resa del gas. I pretrattamenti possono facilitare i processi e aumentare la produzione di gas.

30 Caratteristiche delle materie prime Analisi chimiche AL Seadi(2001)

31 Caratteristiche delle materie prime Altre stime Dati di letteratura VGG1 Big East Handbook (2008)

32 Diapositiva 31 VGG1 Stolen from Sandra's talk, perhaps find another source. I have a table of various substrates Varian Gas GC; 19/05/2011

33 Caratteristiche del digestato e proecessi Sandra Esteves University of Glamorgan

34 Digestione Anaerobica idrolisi Acidogenesi Acetogenesi Metanogenesi Substrati complessi Inorganici Carboidrati Proteine e grassi Lignina Acqua Metaslli e metalli pesanti (P, K, Na, Ca etc.) In soluzione: Catene corte di zuccheri amminoacid Acidi grassi Catene corte di acidi Alcoli CO2 e H2 Acido acetico e alcoli Omoacetogenesi CO2 e H2 Riduzione del solfato Prodotti della scomposizione delle proteine CH4, CO2 e H2O H2S NH4, NH3 Lignina Acqua Metalli emetalli pesanti (P, K, Na, Ca etc.) Biogas Digestato

35 Potenziale Mercato Fertilizzanti Ammendante Compost Substrato di coltura per le piante Progetti di rigenerazione per il suolo Materiali di costruzione (pressati in blocchi) Essiccamento o pellettizzazione da utilizzare come carburante solido o fertilizzante essiccato AgroEnergien

36 Tecnologie di disidratazione per la separazione solido-liquido di concimi / digestato Sedimentazione Flottazione Vagliatura Pressa a nastro Centrifughe Pressa a vite Tecnologie di essiccazione / evaporazione

37 Contenuto nutrienti del digestato Liquame di Vacca digerito Liquame di suino digerito Mix Output del digestore Sostanza secca (DM) % Azoto totale (kg/ton) Azoto disponibile (kg/ton) Azoto organico residuo (kg/ton) Fosfato (kg/ton) Valore stimato (Ntot, Ptot)

38 Conclusioni Considerare le opzioni disponibili per l uso del digestato. Esiste un mercato sostenibile? Il digestato contiene nutrienti preziosi che li rendono una alternativa adeguata ai fertilizzanti chimici. Tecnologie di separazione possono essere usate per separare solidi e nutrienti (NPK) E importante considerare l utilizzo del digestato nel decidere sulla scelta del separatore

39 Stato dell arte Biogas/BioMetano in Danimarca Bruno Sander Nielsen Danish Biogas Association

40 Dalgas del Mare del Nord a FredericiaGas Asger Myken DONG Energy

41 Dong energy adesso distribuisce il biogas attraverso la rete del gas naturale, per la prima volta in Danimarca: Operativo dal 15 settembre 2011 Produzione attesa : 8-10 GWh/anno Da biogas derivato da impianti di depurazione acque reflue

42 Produzione di alghe e riduzione CO2 dall upgrading dell impianto in Fredericia Progetto RTD potenziale con Fredericia Spildevand cone project manager La CO2 derivante dal processo di upgrading sarà utilizzata per stimolare la produzione di alghe Migliorati gli effetti di riduzione di CO2 del biometano Reattore Impianto di upgrading Alghe Serbatoio acque reflue

43 Dall energia eolica in eccesso al Bio-Metano John Bøgild Hansen Haldor Topsøe A/S

44 Creazione di un mercato europeo del gas verde Knud Boesgaard energinet dk

45 Facts about Energinet.dk Dati su Energinet.dk Independent Public Enterprise Owned by the Danish State Non-profit self sustainable company Azienda pubblica indipendente di proprietà dello stato danese Owns and operates the backbone of the energy infrastructure Azienda no profit autosufficiente 400 kilovolt High voltage electricity grid Possiede 80 e gestisce bar high la pressure principale gas infrastruttura lines per l energia: Nord Rete Pool elettrica Spot alto voltaggio 400 kilovolt Nord Linee Pool gas Gas alta pressione 80 bar Conduce Conveys molte funzioni a number pubbliche of energy relative related all energia public functions Subsidies for green energy production Incentivi per la produzione di energia verde Funds energy research Fondi per la ricerca nel campo dell energia Member of The European Network of Transmission System Operators for Membro della Rete europea di operatori per la trasmissione di gas ed elettricità (ENTSOG/ENTSOE) Gas/ Electricity (ENTSOG/ ENTSOE) Dato - Dok.nr. Titel 2

46 Working towards a CO2 neutral energy system Lavorando per un sistema di energia a bilancio di CO2 neutro Fossil free energy system 2050 Sistema 50% di energia wind indipendente 2020 da fonti fossili al % eolico al 2020 Reti intelligenti Smart grids (smartas grid) an come intelligent sistema power di energia system intelligente Gas per il settore dei trasporti Potential for gas in the transport sector LNG come opzione a basso contenuto di carbonio per le navi Connessione fra impianti eolici e gas LNG as a low carbon option for ships Gas rinnovabili come supplemento al gas naturale Interlinking wind and gas systems Renewable gasses gases as a supplement to natural gas Dato - Dok.nr. Titel 3

47 Integrazione Integration di ulteriori of additional 3,000 MW di 3,000 energia MW da impianti wind eolici power visione a for 2020 vision 2025 Today: 2020: + 3,000 MW MW Demand MW Demand GW vind? Windpower Windpower uge Wind power Minimum controllable power generation Consumption uge Dato - Dok.nr. Titel 17

48 Bilancio energia e stabilità dei sistemi energetici Power balancing and stability in power system Storage Kapacitet capacity i lagring (electricity (input el) input) Capacità di stoccaggio Pompe Gas-system di calore nel Heat pumps in teleriscaldamento District VP i fjernvarme Heating Ind. Pompe Heat Indiv. calore pumps VP settore industriale Electric Veicoli elettrici vehicles Elbiler Energy storage as methan (exist. gas Stoccaggio energia come metano storage) (stoccaggi gas esistenti) (Energy amount hydrogen storage) Quantità di energia stoccaggio hydrogeno stoccaggio Season storage stagionale Energy content =100 GWh 0 Secondi Seconds 0,2 Minuti Minuts Minutes Hours 0,4 Ore Days Weeks Months 0,6 Giorni 0,8 Settimane 1 Mesi 1,2 Costi di investimento Investment prices (2050) per lo stoccaggio (2050) in energy dell energia storage 0,5 DKK/KWh (metano) 0,5 DKK/kWh (methan) 3-7 DKK/KWh (calore) 3-7 DKK/kWh (heat) Batterie elettriche (VRB) DKK/KWh Electric (elettricità) batteries (VRB): DKK/kWh (el) Dato - Dok.nr. Titel 18

49 La rete del Biogas flessibile Lars Byberg BioenergiVest A/S

50 Comune Ringkøbing-Skjern di Ringkobing-Skjern Municipality Km abitanti Citizens Ringkøbing, Skjern, Hvide Sande, Tarm og Videbæk 1000 aziende 1000 cattle agricole and di pig bovini farms e suini ha cultivated BIOENERGI VEST ha coltivati

51 Modello RKSK-model Impianti di biogas decentrati Decentrale biogas plants 1-2 Centrale biogas plants 1-2 Impianti di biogas centralizzati (impianti (service di servizio) plants) Fiber Frazione fraction costituita da fibre All kind of biomass Tutti i tipi di biomasse BIOENERGI VEST

52 Esperienza svedese con il Biogas/Biometano per autotrazione Roland Nilsson E.ON Gas

53 Vehicle gas filling stations Stazioni di rifornimento gas per veicoli Stazioni nel nord Filling stations in the north Östersund Boden Sundsvall Skellefteå 120 stazioni di rifornimento pubbliche depositi public per filling il traffico stations pesante 50 depots for heavy traffic 30,000 30,000 auto private private cars 950 buses camion trucks Munkedal Karlstad Mariestad Örebro Västerås Eskilstuna Uddevalla Vänersborg Lidköping Motala Lysekil Trollhättan Skövde Norrköping Grästorp Skara Linköping Stenungsund Lilla Edet Falköping Mjölby Kungälv Lerum Alingsås Göteborg Partille Borås Mölndal Landvetter Jönköping Kungsbacka Ulricehamn Varberg Falkenberg Halmstad Båstad Ängelholm Höganäs Helsingborg Landskro na Malmö Trelleborg Ullared Laholm Eslöv Lund Svedala Gnosjö Gislaved Hässleholm Ystad Värnamo Växjö Olofström Kristianstad Åhu s Karlshamn Västervik Kalmar Katrineholm Fill up with E.ON s fuel card Nyköping Uppsala Arlanda Stockholm Södertälje Fill up with vehicle gas from other suppliers

54 Marketing Vendita del metano methane come as combustibile a vehicle per fuel veicoli E.ON Gas Sverige AB sells compressed natural EON gas GAS and biogas Sverigeat AS 35 vende public gas filling naturale stations Compresso in the south presso of Sweden 35 stazioni di rifornimento Pubbliche 18 busdepots nel sud della Svezia The yearly volume is 400 GWh - 18 depositi di autobus replacing about 40 million liters of Il volume annuo è 400 GWh a sostituzione di 40 gasoline/diesel milioni di litri di gasolio/diesel 40% % è is biogas biogas Target: Obiettivo Supply GWh/year in 2020, of which Fornire biogas 2000 will account GWH/anno for nel , % di cui % da biogas

55 Summary of market drivers for biogas as a vehicle fuel Riassunto dei fattori dominanti di mercato del biogas come combustibile per veicoli Emerging demand and economy Nascita della domanda EU directive for renewables Direttiva europea sulle rinnovabili Sviluppo nel settore agricolo nuove possibilità Developing the agriculture sector new possibilities Elevati benefici ambientali globali, regionali, locali High envorinmental benefit global, local and regional Tecnologie per la produzione e l uso in loco Technologies for producing and use are in place Tasse basse o nulle in molti paesi Low or zero tax in many countries Infrastrutture in loco Infrastucture in place Vasto potenziale rifiuti organici, liquame, colture e nel futuro legno Huge potential organic waste, maneur, crops and in the future wood Page 29

56 Foto: I BIOGAS La responsabilità dei contenuti di questo sito web è degli autori. Non rappresenta l'opinione della Comunità Europea. La Commissione Europea non è responsabile per gli usi che possono essere fatti delle informazioni qui contenute.

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